初中物理科學(xué)探究需要關(guān)注的幾個統(tǒng)整

浙江省嘉興經(jīng)開區(qū)教研中心(314005) 王 雄

科學(xué)探究不僅是物理課程教與學(xué)的方式,也是物理課程的內(nèi)容，一般而言，科學(xué)探究主要有：提出問題、建立假設(shè)、設(shè)計驗證方案、收集事實證據(jù)、檢驗假設(shè)、交流與評價等環(huán)節(jié)。這樣的環(huán)節(jié)設(shè)計有利于師生對科學(xué)探究的初步認識與把握。但隨著探究深入，其缺點也顯而易見，師生們會認為提出問題只是科學(xué)探究的第一個環(huán)節(jié)，隨著探究的第一個環(huán)節(jié)結(jié)束，提出問題也就結(jié)束了。而事實上，問題應(yīng)貫穿于科學(xué)探究始終。正因為這樣的錯誤認知，導(dǎo)致了科學(xué)探究功能單一化、過程瑣碎化、結(jié)果淺層化，科學(xué)探究的豐富內(nèi)涵很難得到充分發(fā)揮。為此，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐，從統(tǒng)整角度看探究，提出初中物理科學(xué)探究需要堅持以下幾個始終。

1 目標貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要目標的引領(lǐng)。探究是一種有目的的行為，也是一種“無規(guī)矩不成方圓”的過程，因此，探究設(shè)計是一種目標導(dǎo)向的系列活動。依據(jù)義務(wù)教育物理課程標準，科學(xué)探究的總目標是讓學(xué)生逐步形成正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。

在探究中，我們需要把目標貫穿于科學(xué)探究的始終，并把總目標分解并落實在各個環(huán)節(jié)。提出問題環(huán)節(jié)的目標除了提出一個或幾個科學(xué)問題外，更重要的是喚醒學(xué)生的好奇心與求知欲；假設(shè)環(huán)節(jié)的目標是結(jié)合自己的已知經(jīng)驗，大膽提出自己的猜想；設(shè)計實驗環(huán)節(jié)的目標是控制相關(guān)變量，尋求方案總體設(shè)計；進行實驗環(huán)節(jié)的目標是把想法付諸于實踐；分析與評價環(huán)節(jié)的目標是對比相關(guān)證據(jù)，修正自己的設(shè)想；交流與合作環(huán)節(jié)的目標是能夠通過協(xié)商，求同存異，實現(xiàn)共同性目標……由此可見，在探究過程中，我們需要有目標意識，把握科學(xué)探究的核心目標，豐富過程目標，落實分層目標，讓目標貫穿于科學(xué)探究的始終。

2 情境貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要不斷創(chuàng)設(shè)情境。建構(gòu)主義者認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，通過意義建構(gòu)的方式獲得的。因此，在探究中，力求使情境貫穿于接近學(xué)生所處的真實環(huán)境中是我們所追求的。

科學(xué)探究的情境貫穿主要經(jīng)歷“情境化”“去情境化”“再情境化”三個階段。主要幫助學(xué)生形成探究的感性認識，從感性認識到理性認識的飛躍，在思維中把握具體化的抽象認知。例如在探究“浮力大小的相關(guān)因素”時，首先通過“死海不死”、手壓礦泉水瓶、彈簧測力計在空氣及水中分別測物體重力的系列生活情境，為浮力探究假設(shè)打下認知基礎(chǔ)。再通過量筒、溢杯、彈簧測力計等實驗器材對探究進行建模，從情境中剝離科學(xué)過程，研究浮力大小與排開液體多少的關(guān)系，使學(xué)生獲得抽象知識及探究能力。再通過密度計、輪船排水量、潛艇等生活情境的再創(chuàng)設(shè)，在知識運用中培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

3 問題貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要不斷創(chuàng)設(shè)問題。科學(xué)探究需要發(fā)現(xiàn)與提出問題，探究過程中可能會產(chǎn)生新問題，探究的過程是問題解決的過程，也是產(chǎn)生新問題的過程，一個探究的結(jié)束可能引發(fā)另一個新探究問題的開始。所以，問題貫穿于科學(xué)探究的始終。

例如在“靜電”的科學(xué)探究中，在探究開始時，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗，提出了什么是靜電、怎么檢驗物體是否帶有靜電、摩擦后物體為什么能帶電、脫毛衣時為什么會產(chǎn)生火花與“噼啪”聲等問題。在探究過程中，針對電荷間的相互作用，學(xué)生又產(chǎn)生了許多新的問題：正電荷和負電荷是怎么規(guī)定的，兩個帶靜電物體的相互作用有什么規(guī)律……在探究結(jié)束后，產(chǎn)生了更深層次的問題：兩個物體摩擦可以起電，我這雙手摩擦可以起電嗎？如果可以起電，哪一只手帶正電呢？在探究學(xué)習(xí)中，問題串聯(lián)著整個過程，通過問題或任務(wù)驅(qū)動學(xué)生的真實學(xué)習(xí)。

4 證據(jù)貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要事實和證據(jù)。問題提出的前提是有一定的生活證據(jù)，根據(jù)部分證據(jù)才能做出猜測和假設(shè)，實驗過程就是通過證據(jù)來證實或證偽自己的假設(shè)，評價的過程即是合理使用證據(jù)進行分析的過程。因此，證據(jù)貫穿于科學(xué)探究的始終。

在科學(xué)探究中，證據(jù)一般有：事實證據(jù)、數(shù)據(jù)證據(jù)、數(shù)據(jù)與理論分析雙重證據(jù)等；其主要作用是基于事實證據(jù)選擇感知素材、基于數(shù)據(jù)證據(jù)接近內(nèi)容本質(zhì)、基于雙重證據(jù)走出理解誤區(qū)。例如在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”中，首先用大小不同的力緊壓在桌面上并滑動，體驗手受到的阻礙情境，再在桌面上鋪上毛巾，做同樣的實驗，體驗手所受到的阻礙情況，通過自己的感受證據(jù)來為科學(xué)猜想打好基礎(chǔ)。其次，通過彈簧測力計的多次數(shù)據(jù)證據(jù)，初步得出滑動摩擦力大小與接觸面的粗糙程度及壓力大小有關(guān)，而且接觸面越粗糙，壓力越大，滑動摩擦力大。再通過數(shù)據(jù)證據(jù)及理性分析雙重證據(jù)，得出滑動摩擦力大小與接觸面的面積大小無關(guān)。當然，探究的證據(jù)還有多種，例如探究后從增大與減少摩擦力的角度觀察自行車結(jié)構(gòu)與運動，把所學(xué)的證據(jù)用于實踐，形成證據(jù)體驗。在這個過程中，培養(yǎng)了學(xué)生“有理有據(jù)”的意識，深化了學(xué)生“正確使用證據(jù)”的方法，提高了學(xué)生科學(xué)論證的能力。

5 解釋貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要各種解釋。在假設(shè)環(huán)節(jié)需要運用原理來對自己的假設(shè)做出解釋。在分析和整理資料和事實證據(jù)后也需要提煉出解釋，評價后常常需要通過反復(fù)實驗來證實現(xiàn)象與解釋是否一致。面對新問題，需要用新解釋去分析。因此，解釋貫穿著科學(xué)探究的始終。

有人認為，科學(xué)解釋是科學(xué)探究的核心，貫穿于整個科學(xué)探究過程中，甚至可以說:科學(xué)探究活動是圍繞科學(xué)解釋而進行的。但解釋能力培養(yǎng)并不容易，因為它涉及思維顯性化及學(xué)習(xí)進階的過程。國外研究者提出的CER框架:論斷(Claim)—證據(jù)(Evidence)—推理(Reasoning)是科學(xué)解釋能力顯性化的經(jīng)典框架。我國學(xué)者在對CER框架批判性繼承的基礎(chǔ)上建構(gòu)了PTDR框架:待解釋現(xiàn)象/預(yù)測—理論—資料—推理。在此框架的指導(dǎo)下，可以較好的提升學(xué)生科學(xué)解釋能力。例如在“平面鏡成像”探究中，筆者借鑒PTDR框架，形成了圖1所示工作單。通過PTDR框架的運用，有效提升學(xué)生的“科學(xué)解釋”能力。在這個過程中，學(xué)生的科學(xué)解釋能力有“路”可尋。

圖1 “平面鏡成像”工作單

6 方法貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要靈活運用各種科學(xué)方法。物理探究的過程是知識的形成過程，更是科學(xué)方法凝練的過程。物理探究過程中常用方法有放大法、控制變量法、比較法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法、建模法、類比法、圖像法等。同時，這些方法也有內(nèi)隱性，貫穿在科學(xué)探究的整個過程。

俄國巴甫洛夫認為：“重要的是科學(xué)方法，認識一個科學(xué)家的方法遠比認識他的成果價值要大”，由此可見認識科學(xué)方法的重要性。一個實驗過程中，往往是多種科學(xué)方法的整合。例如在研究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱的多少跟哪些因素有關(guān)”中，我們運用了控制變量法研究Q、I、R、t之間的關(guān)系；通過轉(zhuǎn)換法把導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換為煤油液面上升的高度；同時，把燒瓶與玻璃管相當于溫度計用到了放大法；實驗結(jié)果的得出用到了歸納法。在探究中，我們要學(xué)會不同科學(xué)方法的綜合運用與分析。

7 協(xié)商貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要不斷的協(xié)商，協(xié)商過程即是交流討論的過程。協(xié)商發(fā)生在對假設(shè)的提出與驗證中，發(fā)生在探究過程的研究方法、思想觀點、反復(fù)驗證、經(jīng)驗分享等相互交流中，發(fā)生在學(xué)習(xí)成果的評價中，協(xié)商貫穿在科學(xué)探究的始終。

協(xié)商有“自我協(xié)商”與“相互協(xié)商”兩種，自我協(xié)商是指自己和自己爭辯；相互協(xié)商則指學(xué)習(xí)小組內(nèi)部相互之間的辯論。科學(xué)探究的協(xié)商路徑一般是：①面對一個問題，自我協(xié)商，積極思考，形成初認識；②結(jié)合問題共同探討，相互協(xié)商，啟發(fā)新思路；③學(xué)生糾正認知，自我協(xié)商，思維再提升。例如在“電磁感應(yīng)”探究中，針對“怎樣才能產(chǎn)生感應(yīng)電流”這一核心問題，結(jié)合已有實驗器材，自我協(xié)商，思考實驗的可能性設(shè)計；再通過學(xué)生之間相互協(xié)商，把探究過程歸納為導(dǎo)線在磁場中靜止、導(dǎo)線在磁場中運動、導(dǎo)線靜止而磁體運動三種情況。再通過小組小協(xié)商，全班大協(xié)商的合作探究，得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的三種條件。在科學(xué)探究的協(xié)商過程中，交流是基礎(chǔ)，傾聽是關(guān)鍵，思考是核心。

8 評價貫穿于科學(xué)探究的始終

科學(xué)探究需要不斷的評價。你所提出的問題是否是科學(xué)的、可探究的問題，是否是有價值的問題，支持猜想、假設(shè)的根據(jù)是否充分，科學(xué)探究過程中實驗操作是否規(guī)范，探究方法選擇是否合理，證據(jù)是否確鑿，得出的結(jié)論是否合理等，評價貫穿于探究的始終。

初中物理探究尤其重視過程評價，要求“把學(xué)生在活動、實驗、制作、探究等方面的表現(xiàn)納入評價范圍”，具體可從對實驗方法的科學(xué)性評價、實驗方案的可行性評價、實驗器材的選擇性評價、實驗過程的安全性評價、實驗結(jié)論的普遍性評價等入手。例如在“伏安法測電阻”的探究中，我們需要對不計電源內(nèi)阻的理想法、多個變量的控制變量法、實驗數(shù)據(jù)圖像法等科學(xué)方法使用進行科學(xué)性評價；對電流表內(nèi)接與外接兩種方案的影響進行可行性評價；對實驗過程中滑動變阻器阻值大小的選擇進行選擇性評價；對實驗連接時開關(guān)斷開，滑動變阻器移到阻值最大處等操作進行安全性評價；對實驗結(jié)果多次測量進行普遍性評價。